鋰電池極片電阻測試在評估鋰電池性能、改進(jìn)制造工藝、確保安全性和監(jiān)測健康狀態(tài)方面具有重要意義，它能提供關(guān)鍵的數(shù)據(jù)支持，為鋰電池的設(shè)計、生產(chǎn)和應(yīng)用提供可靠性和效能的保證。具體表現(xiàn)在以下幾個方面：

電池性能評估：極片電阻測試可以幫助評估鋰電池的內(nèi)部電阻。電池內(nèi)部電阻是衡量電池放電時損失能量的指標(biāo)，也是判斷電池性能和功率輸出能力的重要參數(shù)。通過測量極片電阻，可以評估電池的能量轉(zhuǎn)化效率、動力輸出能力以及充放電性能。效率改進(jìn)：通過對鋰電池極片電阻值的監(jiān)測和分析，在生產(chǎn)過程中可以發(fā)現(xiàn)材料組裝不良、結(jié)構(gòu)問題或其他潛在缺陷。這樣可以及早發(fā)現(xiàn)并糾正制造過程中的問題，提高電池的生產(chǎn)效率和一致性。安全性評估：極片電阻測試也有助于評估鋰電池的安全性。電池內(nèi)部電阻較高可能會導(dǎo)致過度升溫、熱失控或短路等安全隱患。通過定期進(jìn)行極片電阻測試，可以檢測電池內(nèi)部是否存在異常情況，從而及時采取相應(yīng)的措施以確保電池的安全運行。

圖1 電芯DCR模型概圖

目前對于極片電阻的測試主要是其整體電阻的測試，對于極片正反面電阻的組成情況無法評價，在電芯一致性更高要求的動力與儲能電池領(lǐng)域、電池DCR分解以及失效分析領(lǐng)域具有迫切需求。
川源科技成立于2017年，為行業(yè)內(nèi)第一家專門開發(fā)、推廣極片電阻測試方法及相關(guān)設(shè)備的高科技公司。基于公司在極片電阻測試領(lǐng)域領(lǐng)先的技術(shù)優(yōu)勢，我們深入洞察行業(yè)對測試技術(shù)的需求，并成功開發(fā)出了全新一代的里程碑產(chǎn)品（Magic系列）。這款產(chǎn)品能夠快速、簡便地實現(xiàn)極片電阻正反面電阻分解測量，為用戶提供了卓越的測試體驗。

Magic系列產(chǎn)品基本原理及特色介紹

圖2 Magic 3R外觀圖及原理

新產(chǎn)品主要特色如下：
1、原有產(chǎn)品為兩端子四線制測量原理，Magic系列產(chǎn)品為4端子4線制測量原理（獨家四端子授權(quán)專利：ZL202020706872.0），該原理采用新的測量方式以及擬合全新的測量算法，可以有效消除探頭與極片接觸的接觸電阻。
2、同時基于電極極片的多層結(jié)構(gòu)，通過在四端子測量法的基礎(chǔ)上新增測量電極，形成全新的多電極測量原理并輔以電路模擬與仿真技術(shù)，首次實現(xiàn)極片整體電阻及極片正反面涂層電阻的分解，為極片電阻評估提供新的方法，在研發(fā)過程中讓更多的評估方案具備了可行性。
3、在軟件功能方面，總結(jié)大量客戶的使用反饋與建議，專為行業(yè)定制的研發(fā)生產(chǎn)檢測軟，在自身產(chǎn)品上不斷的更新改進(jìn)，目前已是V6.1版本，可實現(xiàn)全自動通訊連接，一鍵自動調(diào)零及校準(zhǔn)，測量次數(shù)統(tǒng)計、生產(chǎn)測量輔助判定、先進(jìn)的自動保養(yǎng)模式、不同管理權(quán)限賬號登入、豐富樣品/班別/組別/車間/材料批次號等自定義設(shè)置、多組關(guān)鍵數(shù)據(jù)實時顯示分析曲線等，完全貼合或者覆蓋研發(fā)生產(chǎn)使用需求。
4、數(shù)據(jù)庫管理模式：獨有的數(shù)據(jù)庫管理模式，可實現(xiàn)粉末電阻-漿料電阻-極片電阻-電芯DCR 等多環(huán)節(jié)關(guān)鍵參數(shù)同平臺分析，大大提高研發(fā)效率，配方設(shè)計、配方開發(fā)、生產(chǎn)工藝等提供關(guān)鍵性指導(dǎo)。
此外，系列產(chǎn)品還提供眾多功能模塊自定義選配，包括溫控功能模塊、面密度測量功能模塊、電阻分布功能模塊、可控可量化智能壓力控制模塊等，滿足客戶不同場景需求；

Magic系列產(chǎn)品主要參數(shù)

主要應(yīng)用案例

1.極片整體電阻測試與正反面電阻分解
某設(shè)計LFP極片，其整體電阻為216mΩ左右，其正反A面B面的電阻分別為108.4mΩ和104.3mΩ，集流體的電阻一般在1mΩ左右。從測試結(jié)果來看，極片電阻極片正反面電阻差4.1mΩ左右，總體來講極片正反面電阻一致性較好（一般陰極極片的電阻波動率在±5mΩ左右）。
另外，極片正面電阻、反面電阻、鋁箔集流體電阻值之和與極片整體電阻的一致性匹配率在99.39%，正反面電阻之和與整體電阻較高的一致性，證明該新型測量方法的準(zhǔn)確性與可靠性良好。
從極片正反面電阻差來看，研發(fā)人員可以進(jìn)一步優(yōu)化極片的設(shè)計和制造工藝，例如調(diào)整電極結(jié)構(gòu)、優(yōu)化涂布工藝、改善電極接觸等。

圖3 應(yīng)用1極片電阻分解數(shù)據(jù)圖

2.極片涂布工藝正反面一致性分析
極片涂布通過對鋰電池極片電阻值的監(jiān)測和分析，在生產(chǎn)過程中可以發(fā)現(xiàn)材料組裝不良、結(jié)構(gòu)問題或其他潛在缺陷。這樣可以及早發(fā)現(xiàn)并糾正制造過程中的問題，提高電池的生產(chǎn)效率和一致性。

圖4 應(yīng)用2極片電阻分解數(shù)據(jù)圖

目前，所有電池廠在進(jìn)行極片電阻監(jiān)控的生產(chǎn)穩(wěn)定性監(jiān)控中，都是測量其整體電阻。極片電阻電阻的正常并不能完全確定極片正反面的涂布的一致性與均勻性。在某實驗設(shè)計的極片電阻監(jiān)控過程中，發(fā)現(xiàn)在相同配方與工藝的極片整體電阻無明顯差異，但其正反面電阻的差異最高達(dá)11.62%，在對極片的進(jìn)一步CP-SEM分析中可以看出，極片的正反面厚度存在明顯的偏差，最大達(dá)到6微米以上。此新方法的應(yīng)用能進(jìn)一步提升極片生產(chǎn)工藝中極片的一致性，為進(jìn)一步提升電池的一致性提供更可靠支撐。

3.在三元鋰電池衰減失效分析中的應(yīng)用

圖5 應(yīng)用3極片電阻分解數(shù)據(jù)圖

在某三元電芯電化學(xué)體系開發(fā)階段，電芯容量快速衰減（循環(huán)260周衰減8%，主要從200周開始衰減）。對滿充電芯進(jìn)行拆解分析發(fā)現(xiàn)陽極極片中間區(qū)域出現(xiàn)明顯析鋰現(xiàn)象，極片反面（電芯內(nèi)圈）更嚴(yán)重的析鋰現(xiàn)象。對應(yīng)的放電狀態(tài)下陽極極片中間區(qū)域的鋰含量比邊緣區(qū)域更高，此現(xiàn)象與其中間區(qū)域析鋰以及發(fā)生更多副反應(yīng)相關(guān)。
采用新方法對于極片電阻進(jìn)行測試，陰極極片中間區(qū)域的電阻明顯高于邊緣區(qū)域，大約高出450mΩ。極片中間區(qū)域的內(nèi)圈&反面電阻相對于外圈&正面電阻相對更大。另外，對應(yīng)的極片CP-SEM測試（如圖6）可以看出，失效階段極片存在比較明顯的顆粒碎裂以及中間區(qū)域明顯副反應(yīng)堆積兩個比較嚴(yán)重的問題。

極片正反面電阻以及中間與邊緣的差異與電芯材料開發(fā)、電解液配方以及工藝設(shè)計等有直接關(guān)系，該體系需要進(jìn)行全方位的優(yōu)化。

圖6 應(yīng)用3極片電阻CP-SEM照片

結(jié)束語

極片電阻是影響鋰電池電化學(xué)性能、功率性能及安全性能等的重要參數(shù)之一，特別在電芯一致性關(guān)聯(lián)分析方面尤為明顯。隨著動力與儲能場景產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對于電池性能要求在不斷提高，所以極片電阻的測量方法及其設(shè)備也需要持續(xù)進(jìn)步。未來對于極片電阻分布、極片電阻溫度敏感性以及粉末-漿料-極片-電芯電阻關(guān)聯(lián)預(yù)測等都是潛在研究發(fā)展方向。

審核編輯：湯梓紅